木材是天然生長(zhǎng)的材料，其截面尺寸和長(zhǎng)度都是有限的，為了承受更大的荷載或達(dá)到更大的跨度，需要采用各種不同的連接方式把單根木材連接起來(lái)組成更復(fù)雜的局部或者整體結(jié)構(gòu)，以達(dá)到共同承重的目的。

不同于混凝土的整體澆筑以及鋼結(jié)構(gòu)的可焊接性，由于木構(gòu)天然的“樂(lè)高屬性”，三分靠構(gòu)件、七分靠節(jié)點(diǎn)，這使得節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)于木構(gòu)來(lái)說(shuō)尤為重要。因此，木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下幾點(diǎn)要素。

木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的考慮要素

01

木材干縮濕脹特性

木材是一種天然材料，其含水率會(huì)隨空氣中濕度的變化而變化。實(shí)際環(huán)境中，木材總是在不斷地進(jìn)行吸濕和解吸。在纖維飽和點(diǎn)以下，隨著含水率的降低，其縱向和橫向的尺寸都會(huì)變小，體積也因此變小，這種現(xiàn)象稱(chēng)為木材的干縮。

同一樹(shù)種，縱向、徑向和弦向的干縮率有較大區(qū)別，縱向最小，徑向居中，弦向最大，可達(dá)6%~12%。設(shè)計(jì)木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要考慮木材的這一特殊性質(zhì)，特別是梁與柱或梁與鋼構(gòu)件的連接處，如果連接件限制了木材干縮變形的發(fā)展，木材可能會(huì)發(fā)生劈裂。

上圖給出了一個(gè)木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)處因干縮變形受約束造成開(kāi)裂的例子，木梁開(kāi)裂后將影響其剪切承載力，進(jìn)而可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)失效。通常為了防止發(fā)生圖示破壞形式，在保證螺栓連接承載力的情況下，可采用單個(gè)尺寸較大的螺栓代替兩個(gè)螺栓。

02

木材橫紋抗拉強(qiáng)度較低

木材是一種各項(xiàng)異性材料，木材縱向、徑向和弦向的性能差異較大。在各個(gè)方向的抗拉抗壓強(qiáng)度中，橫紋抗拉強(qiáng)度最小，約為順紋抗拉強(qiáng)度的1/40~1/10。在木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)時(shí)刻注意避免在構(gòu)件中產(chǎn)生橫紋受拉。

上圖給出了一個(gè)木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的示意圖，在圖示構(gòu)造及荷載作用下，由于木材處于橫紋受拉狀態(tài)，造成了木材橫紋開(kāi)裂。如果實(shí)際使用中采用該種構(gòu)造形式，則螺栓的位置應(yīng)盡可能靠近梁下側(cè)。

如圖，在木桁架中，腹桿將上下弦桿連系起來(lái)，腹桿交替處于受拉和受壓狀態(tài)，在拉桿與壓桿與弦桿的連接處，弦桿受力方向不同，特別容易出現(xiàn)木材處于橫紋受拉的狀態(tài)，從而造成木材開(kāi)裂。

03

木材抗剪強(qiáng)度較低

木材的順紋抗剪強(qiáng)度較低，大約只有抗彎強(qiáng)度的1/10。在梁式構(gòu)件中，如果外荷載作用點(diǎn)和支座較近，木梁端部處于高剪應(yīng)力狀態(tài)，容易發(fā)生剪切劈裂。如果連接處的剪面上正好設(shè)置了螺栓，則裂縫可能穿過(guò)栓孔，使得木梁端部?jī)H靠螺栓下側(cè)部分工作，降低了其抗彎承載力，造成更加嚴(yán)重的破壞。

如圖，便是一個(gè)容易造成梁端剪切破壞的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造情況。

木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)原則

為了保證木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)使用年限內(nèi)具有一定的承載力、剛度，應(yīng)遵循如下基本原則進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)：

1. 木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)處應(yīng)避免出現(xiàn)積水，并避免使木構(gòu)件受潮。

2. 應(yīng)避免使木構(gòu)件直接暴露于外部環(huán)境中。

3. 避免木構(gòu)件端頭直接與混凝土接觸。

4. 如果濕汽可以從螺栓孔處進(jìn)入，應(yīng)采用防腐劑對(duì)栓孔進(jìn)行處理，同時(shí)可用油脂或硅膠涂抹螺栓。

5. 如果工作環(huán)境濕度較大，則要對(duì)木構(gòu)件進(jìn)行防腐處理。特別要注意的是防腐處理并不能防止木材干縮濕脹，設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)仍然要考慮這一因素，避免約束木構(gòu)件的干縮變形。

6. 如果在含鹽的水中或沿海環(huán)境中使用，應(yīng)采用不生銹的金屬作為連接件，或?qū)饘龠B接件進(jìn)行防腐處理。

7. 盡可能采用傳力路徑直接的連接方式。

典型的木結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)示例

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